一种碳势计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及碳势计算领域，尤其是一种碳势计算方法。
【背景技术】
[0002] 热处理的渗碳设备中，需要对炉内的渗碳能力参数（简称"碳势"）进行测量及管 理，碳势与炉内气氛的温度、二氧化碳含量及一氧化碳含量密切相关。碳势与炉内气氛的温 度、碳势气体(二氧化碳或氧气）的含量及一氧化碳的含量密切相关。根据所选择的碳势气 体的种类，碳势的表征方法包括氧势法及二氧化碳势法，氧势法可以用表达式Cp = f(T，02， C0)来表示，而二氧化碳式法则可用表达式Cp = f (T，C02，C0)表示，其中：Cp表示炉内气氛中 的碳势，T表不炉内气氛的温度，〇2表不炉内气氛中的氧气的含量，C〇2表不炉内气氛中二氧 化碳的含量，C0表不炉内气氛中一氧化碳的含量。
[0003] 以二氧化碳势法为例，碳势计算的过程如下:温度传感器获取炉内气氛的温度值 模拟信号，二氧化碳探头及一氧化碳探头分别获取炉内气氛中的二氧化碳及一氧化碳的百 分比浓度模拟信号，上述三个输入模拟信号被传送至可编程控制器(PLC)，PLC调用其内部 预先存储的碳势计算程序计算出碳势。碳势的计算过程复杂，计算一次碳势需要占用较多 的PLC计算资源，现有技术中，针对采集到的每一组模拟信号采样值，PLC都会计算一次碳 势。
[0004] 现有技术存在如下缺陷：1.输入模拟信号易受到外部环境的干扰，造成碳势的波 动幅度大、数据不稳定，很难真实地反应出炉内气氛的碳势值变化情况;2. PLC针对每一次 模拟信号采样值都需要计算一次碳势，需要耗费大量的PLC计算资源。
【发明内容】
[0005] 本发明针对上述问题，提供了一种碳势计算方法，该方法采用算术平均值滤波算 法对原始输入模拟信号进行滤波处理后再计算碳势，其技术方案如下：
[0006] -种碳势计算方法，其特征在于，其包括如下步骤：
[0007] 1)确定碳势计算的输入模拟信号:输入模拟信号包括炉内气氛的温度值、炉内气 氛中的二氧化碳的含量、炉内气氛中的一氧化碳的含量；
[0008] 2)原始输入模拟信号的采样:打开可编程控制器，连续对炉内气氛的温度值、炉内 气氛中的二氧化碳的含量、炉内气氛中的一氧化碳的含量进行采样；同时，可编程控制器的 存储单元记录并保存原始输入模拟信号采样数据，记为三维数组(T(n)，C0 2(n)，C0(n))，K 述T (η )、C〇2 (η )、CO (η)分别为第η次采样所获取的炉内气氛温度值、炉内气氛中二氧化碳含 量、炉内气氛中的一氧化碳含量；
[0009] 3)对原始输入模拟信号进行分段算术平均值滤波:为了消除输入变量的高频小幅 度波动，采用分段算术平均值滤波算法对原始输入模拟信号进行滤波处理，每段包括Ν(Ν 2 2)个原始输入模拟信号采样数据；同时，可编程控制器的存储单元记录并保存经滤波处理 后的输入模拟信号，记为三维数组(Τ'（m)，C0 2'（m)，C0'（m))，所述Τ'（m)，C02'（m)，C0'（m)分 别为第m段经滤波处理后的炉内气氛温度值、炉内气氛中二氧化碳含量、炉内气氛中的一氧 化碳含量，
[0010]其中：
[0012] 4)计算碳势:基于经滤波处理后的输入模拟信号，可编程控制器的计算单元完成 碳势计算。
[0013] 作为本发明的进一步改进，所述N的取值为20。
[0014] 作为本发明的进一步改进，所述可编程控制器为西门子S7-300。
[0015] 与现有技术相比，本发明的技术效果在于:对原始输入模拟信号进行算术平均值 滤波处理后再计算碳势，有效地解决由于模拟输入信号因为受外部环境干扰造成的碳势波 动大、数据不稳定的技术问题;减少了碳势的计算次数，节约了 PLC的计算资源。
【附图说明】
[0016] 图1为碳势的时间波动曲线对比图；
[0017] 其中，黑色曲线1反映的是基于原始输入模拟信号计算出的碳势的时间波动图， 灰色曲线2反映的是基于经滤波处理后的输入模拟信号计算出的碳势的时间波动图。
【具体实施方式】
[0018] 上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术 人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前 提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权 利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。
[0019] 以下描述本发明提供的碳势计算方法计算网带式气体渗碳加热炉控制系统中的 碳势的一个具体实施例。
[0020] 本实施例采用的PLC为西门子S7-300PLC，该PLC包括存储单元、中断块及计算单 J L· 〇
[0021] 本实施例的具体计算过程如下：
[0022] 步骤1确定碳势计算的输入模拟信号：
[0023] 输入模拟量包括炉内气氛的温度值、炉内气氛中的二氧化碳的含量、炉内气氛中 的一氧化碳的含量。
[0024]步骤2原始输入模拟信号的采样：
[0025] S7-300PLC连续采集炉内气氛的温度值、炉内气氛中的二氧化碳的含量、炉内气氛 中的一氧化碳的含量，记为三维数组(T(n)，C02(n)，C0(n));同时，S7-300PLC的存储单元记 录并保存原始输入模拟信号采样数据，所述T(n)、C02(n)、C0(n)分别为第η次采样所获取的 炉内气氛温度值、炉内气氛中二氧化碳含量、炉内气氛中的一氧化碳含量。
[0026] 步骤3对原始输入模拟信号进行分段算术平均值滤波：
[0027] 为了消除原始输入模拟信号的高频小幅度波动，采用分段算术平均值滤波算法对 原始输入模拟信号进行滤波处理，每段包括N(N2 2)个原始输入模拟信号采样数据；同时， S7-300PLC的存储单元记录并保存经滤波处理后的输入模拟信号，记为三维数组(Τ'（m)， C02'（m)，C0'（m))，所述Τ'（m)，C02'（m)，⑶'（m)分别为第m段经滤波处理后的炉内气氛温度 值、炉内气氛中二氧化碳含量、炉内气氛中的一氧化碳含量。
[0028]本实施例中，N的取值为20,也就是说每段包括20个原始输入模拟信号采样数据， 经过分段算术平均值滤波算法处理后，得到的经滤波处理后的输入模拟信号为：
[0033]在其他实施例中，可以根据实际应用需求，设定N的具体取值。
[0034]步骤4计算碳势：
[0035]基于经滤波处理后的输入模拟信号，S7-300PLC的计算单元调用其内部存储的碳 势计算程序完成碳势计算。
[0036]为了节约存储单元的存储空间，本实施例通过中断块来控制存储及滤波处理过 程：当S7-300PLC的存储单元存储的原始输入模拟信号采样数据达到20个时，中断块触发 中断，S7-300PLC暂停原始输入模拟信号的采样，S7-300PLC的计算单元调用分段算术平均 值滤波算法对该20个原始输入模拟信号采样数据进行算术平均值滤波处理，滤波处理结束 后，S7-300PLC的存储单元删除该20个原始输入模拟信号采样数据；当S7-300PLC的存储单 元存储的原始输入模拟信号采样数据个数为0时，中断块失效，S7-300PLC继续执行原始输 入模拟信号的采样，S7-300PLC的存储单元开始对原始输入模拟信号采样数据进行存储。
[0037] 从上面的计算过程可以看出，本实施例提供的碳势计算方法对每20个原始输入模 拟信号采样数据进行一次碳势计算。而现有技术对每个原始输入模拟信号采样数据都进行 一次碳势计算，其占用的PLC计算资源为本发明的近20倍。由此可见，本发明能够大大节约 PLC的计算资源。
[0038] 请参见图1，图1为碳势的时间波动曲线对比图，其中的黑色曲线1反映的是基于原 始输入模拟信号计算出的碳势的时间波动图，其中的灰色曲线2反映的是基于滤波处理后 的输入模拟信号计算出的碳势的时间波动图。可见，本发明提供的碳势计算方法能够有效 地解决由于模拟输入信号因为受外部环境干扰造成的碳势波动大、碳势数据不稳定的技术 问题，能够更加真实地反应出炉内气氛的碳势值变化情况。
[0039] 上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术 人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前 提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权 利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。
【主权项】
1. 一种碳势计算方法，其特征在于，其包括如下步骤： 1) 确定碳势计算的输入模拟信号： 输入模拟信号包括炉内气氛的溫度值、炉内气氛中的二氧化碳的含量、炉内气氛中的 一氧化碳的含量； 2) 原始输入模拟信号的采样： 打开可编程控制器，连续对炉内气氛的溫度值、炉内气氛中的二氧化碳的含量、炉内气 氛中的一氧化碳的含量进行采样；同时，可编程控制器的存储单元记录并保存原始输入模 拟信号采样数据，记为Ξ维数组(1'(11)，0)2(11)，0)(11))，所述1'(11)、0)2(11)、0)(11)分别为第11 次采样所获取的炉内气氛溫度值、炉内气氛中的二氧化碳含量、炉内气氛中的一氧化碳含 量； 3) 对原始输入模拟信号进行分段算术平均值滤波： 为了消除原始输入模拟信号的高频小幅度波动，采用分段算术平均值滤波算法对原始 输入模拟信号进行滤波处理，每段包括N(N^ 2)个原始输入模拟信号采样数据；同时，可编 程控制器的存储单元记录并保存经滤波处理后的输入模拟信号，记为Ξ维数组（Τ'（m)， C〇2'（m)，C0'（m))，所述Τ'（m)，C〇2'（m)，C0'（m)分别为第m段经滤波处理后的炉内气氛溫度 值、炉内气氛中二氧化碳含量、炉内气氛中的一氧化碳含量， 其中：4) 计算碳势 基于经滤波处理后的输入模拟信号，可编程控制器的计算单元完成碳势结算。2. 如权利要求1所述的碳势计算方法，其特征在于，所述N的取值为20。3. 如权利要求1所述的碳势计算方法，其特征在于，所述可编程控制器为西口子S7- 300。
【专利摘要】本发明公开了一种碳势计算方法，其包括如下步骤：1)确定碳势计算的输入模拟信号；2)原始输入模拟信号的采样；3)对原始输入模拟信号进行算术平均值滤波；4)计算碳势。本发明对原始输入模拟信号进行分段算术平均值滤波处理后再计算碳势，有效地解决了由于模拟输入信号因为受外部环境干扰造成的碳势波动大、数据不稳定的技术问题；同时减少了碳势的计算次数，节约了PLC的计算资源。
【IPC分类】G05B19/05
【公开号】CN105573237
【申请号】CN201610011701
【发明人】吉顺冬, 邵华军, 林国强
【申请人】江苏丰东热技术股份有限公司
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年1月8日